软开关高增益准YZ源DC-DC变换器

针对新能源发电系统中所需要的高升压非隔离变换器升压能力不足问题,文中基于Y源变换器和准Z源变换器的优点,提出一种软开关高增益准YZ源DC-DC变换器。所提变换器不仅提高了升压能力,还能够有效吸收漏感产生的电压尖峰。除此之外,应用同步整流技术,使得开关管和二极管工作在软开关条件,提升了转换效率。此外,所提变换器由于电源输入端连接的是单个电感,输入电流连续,电流纹波小。不仅如此,提出的变换器还具备开关管电压应力低、输入输出电压共地等优点。首先对所提变换器的工作模态和稳态进行分析;其次定量计算效率以及损耗分布;将所提变换器的性能与其他变换器进行对比,并明确设计要求;最后通过实验室制作的样机,验证所提变换器的有效性。

基于分离源矩阵变换器的PMSM无源动态演化控制策略

为了改进传统的永磁同步电机驱动器系统及其PID控制的不足,提出了一种无源动态演化控制策略,并应用于永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)和分离源矩阵变换器(split source matrix con-verter,SSMC)中。为打破传统矩阵变换器电压传输比0.866的限制,采用电感、电容和3个二极管代替了双级矩阵变换器中间的支流链路部件,并且证明了分离源网络的升压能力。另外,在矢量控制中,永磁同步电机的转速外环和电流内环都使用了传统PID控制器,但由于PID控制器的参数调节比较困难、控制精度不高、超调量较大和抗干扰能力不强等问题,为此提出了基于动态演化理论和无源理论的控制策略,设计了分离源矩阵变换器和永磁同步电机系统基于互联和阻尼分配(the interconnection and damping assignment,IDA)的无源控制器(passivity-based control,PBC)和动态演化控制器(dynamic evolution controller,DEC)。仿真与实验的结果表明,基于该控制策略的SSMC-PMSM驱动系统能够使永磁同步电机稳定运行在额定转速,并且具有稳定性强、抗干扰能力强和动态响应好等特点。

不平衡电网下Y源双级矩阵变换器的无源滑模控制策略

针对双级矩阵变换器电压传输比低的缺点,在直流部分嵌入Y源网络,组建了Y源双级矩阵变换器(Y-source two-stage matrix converter,YSTSMC),其具有电压增益大、无源元件少、开关损耗低等特点。当电网电压产生不平衡工况时,系统会出现较大的波动进而影响功率因数和电能质量,降低了系统运行的可靠性。为了完善不平衡电网电压下YSTSMC变换器的输入控制,对YSTSMC变换器的输入功率控制进行了研究,传统PI控制器存在参数调节比较困难、控制精度不高、超调量较大和抗干扰能力不强等问题,为此提出了不平衡电网电压下基于无源滑模控制(passivity based control-sliding mode control,PBC-SMC)的YSTSMC控制系统,并证明其稳定性。仿真和实验的结果表明,基于无源和滑模理论基础的PBC-SMC控制策略可以使系统的响应速度和电能质量得到提高。

不平衡电压下基于Y源双级矩阵变换器的微分平滑控制策略

当电网电压产生不平衡工况时,电流电压会出现较大的波动,YSTSMC采用传统PI控制器难以调节电能质量。为了完善不平衡电网电压下Y源双级矩阵变换器(YSTSMC)的输入控制,提出了微分平滑控制(DFC)策略,并利用动态调制系数降低不平衡工况下有功功率所产生的高次谐波波动。仿真实验结果表明,基于DFC控制策略可以使系统的响应速度和输出电能质量得到提高。

Z源变换器

提出了一种新型的阻抗源功率变换器拓扑和它应用于DC/AC、AC/DC、AC/AC、DC/DC功率变换时的控制方法。阻抗源变换器提供了一个独特的阻抗网络(或电路),将变换器主电路和电源耦合在一起,可以得到传统的电压源和电流源变换器不能得到的独特特性,提供了一个新颖的功率变换概念,克服了传统的电压源和电流源变换器的不足。以应用于燃料电池逆变功率变换的阻抗源逆变器为例,分析了其工作原理和控制方法。仿真和实验结果证实了这些新的特点。

采用Z源变换器的小型风力并网逆变系统

基于Z源变换器的小型风力发电并网系统的工作特点及控制结构,不同于传统的电压型逆变器,Z源变换器引入特定的阻抗源网络将变换器主电路和电源耦合在一起,并且通过新增直通零矢量调制实现独特的直流升压功能,从而得到大范围变化的交流输出电压。经过对系统电路和要求的分析,文章对控制系统进行简单的设计。通过原有正弦波调制因子的控制,实现内环并网电流的单位功率因数运行和外环Z源电容电压的稳定;通过直通零矢量调制对发电机输出整流电流进行闭环控制,实现风力发电机的电能输出控制。最后,以2.5kWZ源变换器装置进行实验,实验结果验证了分析的正确性。

基于Z源变换器的电动汽车超级电容-电池混合储能系统

Z源变换器具有单级升压、降压、无死区、电压畸变小、可靠性高等优点,在电动汽车领域具有广阔的前景。提出一种基于Z源变换器的电动汽车超级电容-电池混合储能系统。该结构将储能与驱动系统相融合,减少了电池功率变换器,降低了损耗与成本。详细分析通过Z源变换器实现混合储能系统不同模式下功率分配的运行机理。此基础上提出功率分频协调控制策略以提高混合储能系统的响应速度并实现各模式的无缝切换。最后,为了避免短时尺度冲击电流对电池的影响,设计电池瞬态峰值电流估计方法。仿真与实验结果验证了所提出的混合储能系统及控制策略的有效性。

具备零电流开关与谐波抑制的电流源型变换器新拓扑

为了克服传统电流源型变换器(current source converter,CSC)交流侧需要加装大容量交流电容器作为缓冲装置的缺点,将直流电流分配电路与传统并联式12脉波CSC相结合,研究了一种可以省去交流电容器并能有效抑制谐波的并联式7电平电流注入式电流源型变换器拓扑。该拓扑具有以下特点:通过开闭直流电流分配电路中的开关元件,将直流电流变换成2路幅值相同、相位互差30°、6倍于基波频率、7电平阶梯形周期变化且具有零值区间的三角波注入电流,两主桥开关元件在注入电流的零值区间内进行切换,实现了零电流开关(zero current switching,ZCS);变换器交流侧不需要配置大容量交流电容器,降低了设计成本,提高了系统的可靠性;主桥开关频率为50Hz的前提下,利用7电平阶梯形三角波注入电流可增加交流输出电流的电平数,改善了电流波形的谐波特性,使交流输出电流近似正弦波。另外还详细分析了新拓扑的工作机理,在PSCAD/EMTDC平台进行了仿真研究,搭建了实验平台,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。结果表明,所提出的新拓扑性能优良,结构简单,具有实用价值。

基于无源辅助谐振换流的新型软开关变换器

提出了一种无源辅助谐振换流新型软开关变换器。即通过采用简单的无源辅助谐振网络实现了开关管的软开关,开关管电压电流应力小,解决了输出二极管反向恢复问题。特别适用于以IGBT作为开关器件的高电压大功率场合。本文以其在Boost变换器的应用为例分析了它的工作原理,软开关实现条件,给出了谐振参数的设计方法,该软开关设计思想可以推广到其它基本的DC-DC变换器中。制作了一个使用IGBT的5kW–20kHz的实验样机,通过仿真和实验验证了该变换器的有效性。

电网电压不平衡下电流源并网变换器控制研究

电流源并网变换器在电网电压不平衡情况下运行时,电网电压中的负序分量会引起直流侧出现低频脉动,同时导致网侧电流出现低次谐波,影响系统运行。为了解决此问题,首先建立电流源并网变换器系统数学模型,推导出直流侧输出电流和电压关系的表达式,揭示出传统方法存在的问题。然后利用瞬时功率理论设计电流环参考指令,通过控制输入侧有功功率恒定的方式减小输出电压低频脉动。为了进一步提高系统性能,提出一种新型控制策略,通过直接控制输出侧变量消除输出电压低频脉动,同时输入侧电流正弦。最后对3种方法进行对比实验研究,结果验证了提出方法的有效性。

新型注入式多电平电流源型变换器的研制

给出了大功率应用场合下多电平注入式电流源变换器的拓扑结构和开关触发时序。该拓扑通过控制与多抽头电抗器相连的开关器件,产生一定规律的多电平电流注入到常规12相主桥变换器中。主桥开关器件1个电网周期开关1次,开关频率低,将具有一定规律的电流波形注入2个并联主桥,不仅降低了一次侧交流输出电流的谐波畸变率,而且实现了主桥零电平换相。实验装置采集波形与PSCAD/EMTDC仿真波形吻合。

基于自耦变压器的多电平注入式电流源型变换器

多脉波整流技术对于减小电网谐波有着重要意义。传统的隔离型多脉波整流器由于隔离变压器体积和容量大而受到限制,本文提出了基于自耦变压器的多电平注入式电流源型变换器,在减小网侧电流谐波的前提下,有效地减小了变压器的等效容量和体积,并在直流侧引入新型注入电路,令主桥开关能够完全实现零电流切换。通过分析新拓扑的工作原理,给出了系统的数学模型,对直流侧电压、交流侧电流特性和系统各部分容量值进行了详细分析,并与传统自耦型12脉波变换器进行了对比。通过仿真验证上述结果的正确性,证明该系统的实用性和经济性。

基于多级注入式电流源变换器的STATCOM建模与控制

介绍一种新型的多级注入式电流源变换器,这种变换器主桥实现了零电流切换,消除开关损耗的同时降低了对吸收回路的要求,简化了变换器与交流系统的连接,在换向期间网侧不需要大容量的交流电容。建立了基于多级注入式电流源变换器的STATCOM的数学模型,对STATCOM的非线性数学模型进行局部线性化。通过分析给出了控制策略框图,利用PSCAD/EMTDC对所建模型进行仿真,结果表明,该结构的STATCOM具有良好的动态、稳态特性,并验证了所提出控制策略的可行性。

基于电流源型变换器的大型同步发电机励磁

将基于全控开关器件的电流源型变换器用于大型同步发电机励磁,采用正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术控制开关状态。利用dq坐标系的间接电流控制实现对SPWM电流源型变换器功率双向流动的控制。验证了SPWM电流源型变换器带大电感负载运行的可行性。仿真试验表明,与传统可控硅励磁相比,整流时该励磁系统能向发电机端发出或吸收无功,逆变时能使励磁电流快速下降、加快励磁系统调节速度、发电机故障时实现交流灭磁。

一种新型无源软开关变换器

为实现一种结构简单、高效、高频、低的电压应力、易于控制的软开关变换器.提出了一种新型无源软开关变换器.它通过采用简单的无源辅助谐振网络实现了开关管的软开关,开关管电压电流应力小,解决了输出二极管反向恢复问题.特别适用于以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)作为开关器件的高电压大功率场合.该文以其在Boost变换器的应用为例分析了它的工作原理,软开关实现条件,给出了谐振参数的设计方法,该软开关设计思想可以推广到其他基本的DC-DC变换器中.制作了一个使用IGBT的5kW^20kHz的实验样机,通过实验验证了该变换器的有效性.

分布式供电系统中源变换器输出阻抗的研究

随着功率电子变换技术的发展,构建大型电力电子供电系统越来越多地采用模块集成的方式。美国海军提出的电力电子积木的概念对模块级的系统集成做出了很大贡献。该文提出一种新颖的系统集成的观点,即从系统级的高度将分布式供电系统中的源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗作为标准化研究的对象。该文以分布式供电系统中常见的移相全桥DC-DC变换器为例,对输出阻抗进行了模型验证,并详细分析了输出阻抗的特点。为了便于将来制定出Buck类DC-DC模块的输出阻抗的标准,通过实验揭示了移相全桥DC-DC变换器的输出阻抗随功率等级、开关频率和控制方式变化时的规律。

Z源直流变换器

提出了一种基于Z源的直流变换拓扑(ZC),和传统BOOST拓扑相比,能大幅度 提高实用输出电压,从而可以解决许多升压困难的问题。仿真结果证明了这一新的性能。

多源多变换微电网大扰动暂态稳定性研究综述

多源多变换微电网整合中低压配电网中特性各异的分布式发电系统和负荷,多类型微电源、多类型负荷动态特性相互耦合、互相影响,传统以交流同步发电机供电电源为基础的系统稳定分析与控制方法无法满足多源多变换微电网大规模发展的要求。首先对近年来国内外多源多变换微电网大扰动暂态稳定性的研究进行评述,归纳总结可再生能源渗透率不断提升下微电网典型运行特性和存在的暂态稳定性问题。在微电网暂态稳定性分类的基础上,分别从微电网暂态稳定问题、暂态稳定分析方法和微电网暂态稳定性提高措施三方面对微电网暂态稳定性的研究动态进行分析、评价和探讨;最后,预测和探讨了微电网大扰动暂态稳定性研究的发展趋势。

准Z源升压变换器的软开关技术仿真研究

在具有相同输入电压、开关管占空比相等的条件下,准Z源升压变换器拓扑可以提供比传统升压变换器拓扑更高的输出电压,具有效率高、实用输出电压范围广的优点。在准Z源升压变换器的基础上设计了一种软开关电路,用辅助开关管代替原拓扑中的二极管,实现了主开关管的零电压开通。在MATLAB/Simulink环境下对该软开关电路进行了仿真。仿真结果表明,改进后的准Z源升压变换器能降低主开关管的开关应力与续流二极管的通态损耗,增强了系统的稳定性,可以提高开关器件的使用寿命。

电压源并网变换器有限控制集预测电流控制

为提高清洁能源电能转换效率和并网电能质量,对于电压源并网变换器,提出一种优化的模型预测电流控制策略。首先,在αβ坐标下建立控制模型,仅使用一次坐标变换,设计出无需脉冲宽度调制(PWM)和电流内环控制的有限控制集模型电流预测控制(FCS-MPCC)策略,控制灵活简单。其次,对代价函数进行优化设计,增加开关频率附加项并设计权重系数,实现降低开关频率。针对执行预测控制算法产生的延时,设计两步预测模型进行电流预测,实时更新开关状态。为验证控制策略性能,搭建实验平台。实验结果表明,所设计控制策略能够灵活调节输出功率因数,具有较高的输出电能质量且开关频率降低、并网性能良好。